JP5321142B2 - 睡眠深度判定装置、睡眠深度維持装置、及び睡眠深度判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、睡眠深度判定装置、睡眠深度維持装置、及び睡眠深度判定方法に関する。

従来、対象者の睡眠深度を含む睡眠状態や睡眠トレンドを精度よく判定する方法として、脳波をはじめ、眼球運動や筋動や心電などの各種生体情報における各波形を総合的に測定する睡眠ポリグラフィーによる方法が知られている。この睡眠ポリグラフィー法では、測定した各種の生体情報における各波形の総合的な波形識別によって睡眠の深さを示す睡眠深度を明らかにし、これを解析することによって睡眠状態を判定している（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２４４５９７号公報

ところで、上述したような従来の睡眠状態の判定方法では、対象者の睡眠深度を精度よく判定するには、対象者の脳波や眼球運動などの各種生体情報を多くのセンサで検出し、その検出信号を複雑な処理で分析する必要があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡易な処理で対象者の睡眠深度を精度よく判定できる睡眠深度判定装置、当該睡眠深度判定装置を備えた睡眠深度維持装置、及び睡眠深度判定方法を提供することを目的とする。

上記課題解決のため、本発明者は、鋭意研究を重ねる過程で、刺激に対する人体の睡眠時の感覚閾値に着目した。この感覚閾値とは、所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度を指すものであり、睡眠深度に応じて変化するものである。また、感覚閾値について更に考察すると、同じ睡眠深度であっても対象者ごとに感覚閾値が多少異なることもわかった。そこで、本発明者は、対象者の感覚閾値を利用した刺激の付与の手法を工夫すれば、複雑な検出信号の処理を行わなくても精度よく睡眠深度を判定できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

上記課題の解決のため、本発明に係る睡眠深度判定装置は、所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値を利用して、対象者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定装置であって、第１の刺激強度を有する第１の刺激と、第１の刺激強度よりも強い第２の刺激強度を有する第２の刺激とを対象者に付与する刺激付与手段と、対象者が第１の刺激及び第２の刺激を知覚したか否かを検出する知覚検出手段と、知覚検出手段によって、対象者が第１の刺激を知覚せず且つ第２の刺激を知覚したことが検出された場合に、対象者の睡眠深度が、第１の刺激強度と第２の刺激強度との間の感覚閾値に対応する睡眠深度であると判定する睡眠深度判定手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明に係る睡眠深度判定方法は、所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値を利用して、対象者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定方法であって、刺激付与手段が、第１の刺激強度を有する第１の刺激と、第１の刺激強度よりも強い第２の刺激強度を有する第２の刺激とを対象者に付与する刺激付与ステップと、知覚検出手段が、対象者が第１の刺激及び第２の刺激を知覚したか否かを検出する知覚検出ステップと、知覚検出ステップにおいて、対象者が第１の刺激を知覚せず且つ第２の刺激を知覚したことが検出された場合に、睡眠深度判定手段が、対象者の睡眠深度が第１の刺激強度と第２の刺激強度との間の感覚閾値に対応する睡眠深度であると判定する睡眠深度判定ステップと、を含むことを特徴としている。

この睡眠深度判定装置又は睡眠深度判定方法では、第１の刺激の付与に対して対象者が知覚せず、且つ、第１の刺激よりも強い第２の刺激の付与に対して対象者が知覚したと検出された場合に、所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値が第１及び第２の刺激の２つの刺激強度の間にあるとされ、これにより、対象者の睡眠深度が、２つの刺激強度の間にあるとされた感覚閾値に対応する睡眠深度であると判定されるようになっている。このため、第１及び第２の刺激といった２つの刺激付与とそれに対する対象者の知覚の有無を検出するといった簡易な処理で対象者の睡眠深度を判定することが可能となる。また、対象者の実際の知覚の有無を検出しているため、対象者ごとに感覚閾値が多少異なる場合や同一の対象者の感覚閾値が外部環境等によって多少変化する場合であっても、これら変化を吸収して、対象者の睡眠深度を精度よく判定することができる。

また、睡眠深度と当該睡眠深度に対応する感覚閾値とが予め段階的に設定されており、刺激付与手段は、所定レベルの睡眠深度に対応するように予め設定された所定の感覚閾値よりも弱い刺激強度の刺激を第１の刺激として対象者に付与すると共に、所定の感覚閾値よりも強い刺激強度の刺激を第２の刺激として対象者に付与することが好ましい。予め設定された感覚閾値とそれに対応する睡眠深度とを利用するため、睡眠深度の判定における応答速度を向上させることができる。また、対象者に対する第１及び第２の刺激の付与回数を少なくできるので、刺激付与が対象者の睡眠深度に与える影響を軽減することが可能となる。

上記課題の解決のため、本発明に係る睡眠深度維持装置は、上述した睡眠深度判定装置を備え、対象者の睡眠深度を最大レベルよりも浅い中間レベルに維持するための睡眠深度維持装置であって、睡眠深度判定手段によって対象者の睡眠深度が中間レベルの睡眠深度と判定された後、対象者の睡眠深度が中間レベルに維持されるように対象者に付与する維持刺激の付与条件を中間レベルの睡眠深度における感覚閾値に基づいて決定し、且つ、当該付与条件に基づいて刺激付与手段によって対象者に維持刺激を付与させる維持制御手段を備えることを特徴としている。

この睡眠深度維持装置では、上述した睡眠深度判定装置で精度よく睡眠深度を判定した後、睡眠深度を中間レベルに維持するため対象者に付与する維持刺激の付与条件を中間レベルの睡眠深度における感覚閾値に基づいて決定している。このため、対象者の睡眠深度を中間レベルに精度よく維持することができる。しかも、睡眠深度判定装置において、睡眠深度と当該睡眠深度に対応する感覚閾値とが予め段階的に設定されている場合には、上述したように睡眠深度が応答性よく判定されるため、対象者の睡眠深度の維持も応答性よく行うことができる。また、このように段階的に設定された場合、上述したように対象者に対する刺激付与回数が少なくなるため、刺激付与による対象者の睡眠深度の変化を低減し、対象者の睡眠深度の維持をより容易に行うことが可能となる。

また、維持制御手段は、対象者に維持刺激を付与した場合に対象者が知覚したか否かを知覚検出手段によって検出させ、対象者が維持刺激を知覚しなかったと検出された場合に、維持刺激の刺激強度を増加させるように付与条件を調整することが好ましい。この場合、対象者の睡眠深度を簡易な処理で中間レベルに継続的に維持することができる。

このような付与条件の調整としては、知覚検出手段によって対象者が維持刺激を知覚したと検出された維持時間を算出する維持時間算出手段を備え、維持制御手段は、維持刺激の刺激強度を増加させる際、維持時間の長さに反比例して維持刺激の刺激強度を増加させるように付与条件を調整してもよい。また、対象者に付与された維持刺激の付与回数のうち、知覚検出手段によって対象者が維持刺激を知覚したと検出された検出回数の比率である維持比率を算出する維持比率算出手段を備え、維持制御手段は、維持刺激の刺激強度を増加させる際、維持比率の大きさに反比例して維持刺激の刺激強度を増加させるように付与条件を調整してもよい。維持時間や維持比率に反比例して維持刺激の刺激強度を増加させることにより、対象者の睡眠深度が中間レベルより若干深くなったような場合に過度の刺激強度の刺激を付与して対象者を完全に覚醒させてしまったりすることを防ぐことができる。これにより、対象者の睡眠深度を中間レベルに継続的に維持することが更に可能となる。

本発明に係る睡眠深度判定装置、及び睡眠深度判定方法によれば、簡易な処理で対象者の睡眠深度を精度よく判定できる。また、当該睡眠深度判定装置を用いた睡眠深度維持装置によれば、対象者の睡眠深度を精度よく維持することができる。

本発明の好適な実施形態に係る睡眠深度維持装置の構成を示す図である。 睡眠深度と感覚閾値との関係を示す図である。 知覚検出部での知覚の検出例を示す図である。 維持制御部による付与刺激の例を示す図である。 図１に示した睡眠深度維持装置の動作を示すフローチャートである。 睡眠深度の維持制御の動作を示すフローチャートである。 維持制御部による付与刺激の調整例を示す図である。 図７の調整例における維持時間と強度増加量との関係を示す図である。 維持制御部による付与刺激の別の調整例を示す図である。 図９の調整例における維持比率と強度増加量との関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る睡眠深度判定装置、及び当該睡眠深度判定装置を備えた睡眠深度維持装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

睡眠深度維持装置１は、図１に示すように、睡眠深度判定装置２及び維持制御部（維持制御手段）３を備え、例えば、自動車などの車両に装備されている。睡眠深度維持装置１は、車両の運転者である対象者Ｍが運転中に眠気を感じて車両を駐車した後、睡眠状態となった対象者Ｍの睡眠深度を睡眠深度判定装置２で判定すると共に維持制御部３で対象者Ｍの睡眠深度を仮眠に好適な睡眠深度に維持する。

睡眠深度とは、所定段階の睡眠の深さをレベルで示すものであり、本実施形態では、例えば、睡眠の浅いレベルから深いレベルに向かって、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の４段階に分けるようにしている（図２参照）。睡眠状態となった対象者Ｍの睡眠深度を最大レベルの睡眠深度Ｓ４よりも浅い中間レベルの睡眠深度Ｓ２に維持すると、例えば、好適な仮眠を対象者Ｍに提供できる。

睡眠深度判定装置２は、所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者Ｍが知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値を利用して、対象者Ｍの睡眠深度を判定する装置である。睡眠深度判定装置２は、判定された対象者Ｍの睡眠深度を維持制御部３に出力する。維持制御部３では、判定された睡眠深度が、維持したい睡眠深度（例えば睡眠深度Ｓ２）でない場合、対象者Ｍに覚醒刺激や誘眠刺激を付与し、睡眠深度判定装置２に、再度、睡眠深度の判定を行わせる。

睡眠深度判定装置２は、睡眠深度データベース（以下「睡眠深度ＤＢ」と記す）４、刺激付与部（刺激付与手段）５、知覚検出部（知覚検出手段）６、及び睡眠深度判定部（睡眠深度判定手段）７を備える。

睡眠深度ＤＢ４は、睡眠状態にある対象者Ｍの睡眠深度Ｓ１〜Ｓ４と当該睡眠深度Ｓ１〜Ｓ４に対応する感覚閾値Ｔ１〜Ｔ４とが段階的に設定された感覚閾値情報（図２参照）を対象者Ｍごとに格納する格納部である。睡眠深度ＤＢ４に格納される感覚閾値情報は、統計処理などを用いて予め実験的に算出される。図２に示される感覚閾値と睡眠深度との関係は、各睡眠深度で睡眠状態にある対象者Ｍが、各感覚閾値Ｔ１〜Ｔ４より弱い刺激強度に対しては知覚せず（図中「知覚なし」の部分）、各感覚閾値Ｔ１〜Ｔ４以上の刺激強度に対しては知覚することを示している。なお、図２におけるＷは、対象者Ｍの覚醒を意味する。

刺激付与部５は、対象者Ｍに対して物理的な刺激を付与する部分であり、第１の刺激強度Ｔ２ａを有する第１の刺激Ｐ１と、第１の刺激強度Ｔ２ａよりも強い第２の刺激強度Ｔ２ｂを有する第２の刺激Ｐ２とを対象者Ｍに付与する。刺激付与部５としては、例えば音による聴覚刺激を付与するスピーカがあり、音圧を調整することで刺激強度が変更される。スピーカは、例えば座席のヘッドレスト部などに内蔵されている。

刺激付与部５によって付与される第１及び第２の両刺激Ｐ１，Ｐ２は、維持したい睡眠深度である睡眠深度Ｓ２に対応する感覚閾値Ｔ２に応じた刺激強度を有する刺激である。図２に示されるように、一方の刺激である第１の刺激Ｐ１は、感覚閾値Ｔ２よりも弱い刺激強度Ｔ２ａを有し、他方の刺激である第２の刺激Ｐ２は、感覚閾値Ｔ２よりも強い刺激強度Ｔ２ｂを有する。

刺激付与部５には、所定の開始条件を満たして睡眠深度の判定が開始されると、睡眠深度判定部７から、睡眠深度ＤＢ４に格納された感覚閾値情報に基づいた第１の刺激強度Ｔ２ａ及び第２の刺激強度Ｔ２ｂの刺激強度情報を含む、刺激付与の指示情報が入力される。刺激付与部５は、刺激付与の指示情報が入力されると、刺激強度情報に基づいて、第１の刺激強度Ｔ２ａを有する第１の刺激Ｐ１を、例えば１秒間隔で２０回といったように間隔ｔで複数回連続して対象者Ｍに付与する（図３(ａ)参照）。

刺激付与部５は、第１の刺激Ｐ１を付与した後、刺激強度情報に基づいて、第２の刺激強度Ｔ２ｂを有する第２の刺激Ｐ２を、第１の刺激と同様に、間隔ｔで複数回連続して対象者Ｍに付与する。刺激付与部５は、刺激付与の際、弱い方の刺激を先に付与することで、刺激付与による対象者Ｍの睡眠状態への影響を軽減させる。刺激付与部５は、第１の刺激Ｐ１を付与した後及び第２の刺激Ｐ２を付与した後それぞれにおいて、刺激付与の終了を示す終了情報を睡眠深度判定部７に出力する。なお、刺激付与部５は、上述した覚醒刺激や誘眠刺激、及び後述する維持刺激等を維持制御部３からの指示情報に基づいて対象者Ｍに付与する。

知覚検出部６は、刺激を付与された対象者Ｍが第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２を知覚したか否かを検出する部分である。知覚検出部６としては、例えば対象者Ｍの脳波Ｗを検出する脳波計である。知覚検出部６では、図３（ｂ）に示されるように、刺激付与部５で同一の刺激（例えば、第１の刺激Ｐ１）として複数回付与された各刺激に対する脳波Ｗを脳波データとして検出し、これらを加算平均したものを加算平均脳波データ（図３（ｃ）参照）として算出する。

知覚検出部６は、加算平均脳波データにおける振幅Ｈが所定の閾値より小さければ、付与された刺激に対して対象者Ｍが知覚していないと検出する。一方、知覚検出部６は、加算平均脳波データにおける振幅Ｈが所定の閾値以上であれば、付与された刺激に対して対象者Ｍが知覚したと検出する。知覚検出部６は、検出された知覚の有無を示す知覚情報を睡眠深度判定部７に出力する。なお、知覚検出部６は、維持制御部３からの指示情報に基づいて刺激付与部５が維持刺激を付与した際の対象者Ｍの知覚の有無も検出する。

睡眠深度判定部７は、知覚検出部６によって、対象者Ｍが第１の刺激Ｐ１を知覚せず且つ第２の刺激Ｐ２を知覚したことが検出された場合に、対象者Ｍの睡眠深度が、第１の刺激強度Ｔ２ａと第２の刺激強度Ｔ２ｂとの間の感覚閾値Ｔ２に対応する睡眠深度Ｓ２であると判定する部分である。睡眠深度判定部７は、前述したように、所定の開始条件を満たして睡眠深度の判定が開始されると、睡眠深度ＤＢ４にアクセスし、格納された感覚閾値情報に基づき、第１の刺激強度Ｔ２ａ及び第２の刺激強度Ｔ２ｂの刺激強度情報を含む、刺激付与の指示情報を生成して、刺激付与部５に出力する。

睡眠深度判定部７は、刺激付与の指示情報を出力した後、刺激付与部５から第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の付与終了を示す各終了信号が入力され、且つ、知覚検出部６から第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の付与に対する知覚の有無を示す知覚情報が入力されると、対象者Ｍの睡眠深度を判定する。具体的には、睡眠深度判定部７は、知覚検出部６によって、対象者Ｍが第１の刺激Ｐ１を知覚せず且つ第２の刺激Ｐ２を知覚したことが検出された場合に、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定する。

睡眠深度判定部７は、知覚検出部６によって、対象者Ｍが第１及び第２の両刺激Ｐ１，Ｐ２を知覚したことが検出された場合には、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも更に浅い睡眠深度（例えば睡眠深度Ｓ１）であると判定する。また、睡眠深度判定部７は、対象者Ｍが第１及び第２の両刺激Ｐ１，Ｐ２を知覚しないことが検出された場合には、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも深い睡眠深度（例えば睡眠深度Ｓ３）であると判定する。睡眠深度判定部７は、睡眠深度についての判定結果を維持制御部３に出力する。

維持制御部３は、睡眠深度判定部７によって対象者Ｍの睡眠深度が中間レベルである睡眠深度Ｓ２であると判定された後、仮眠時間として予め定められた時間内において、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２に維持されるように維持制御を行う部分である。維持制御部３は、睡眠深度判定部７によって対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定された後、睡眠深度Ｓ２における感覚閾値に基づいて維持刺激の付与条件（例えば睡眠深度Ｓ２における感覚閾値よりやや強い刺激を間欠的に付与）を決定し、当該付与条件に基づいて刺激付与部５によって対象者Ｍに維持刺激Ｐ３を所定間隔ｔで間欠的に付与させる（図４（ａ）参照）。このように感覚閾値に基づいた維持刺激Ｐ３の付与により、睡眠状態にある対象者Ｍは、睡眠深度Ｓ２に維持され、睡眠深度Ｓ２よりも深い睡眠深度Ｓ３，Ｓ４になることが一定の範囲で抑制される。

維持制御部３は、対象者Ｍに上述した維持刺激Ｐ３を付与した場合に対象者Ｍが知覚したか否かを知覚検出部６によって検出させる（図４（ｂ）参照）。知覚検出部６は、対象者Ｍの脳波データ（加算平均処理なし）の振幅Ｈ１が所定の閾値以上である場合には、対象者Ｍが維持刺激Ｐ３に対して知覚したと検出する。一方、知覚検出部６は、対象者Ｍの脳波データ（加算平均処理なし）の振幅Ｈ１が所定の閾値より小さい場合（例えば図４（ｂ）の領域Ｎで示される脳波Ｗの場合）には、対象者Ｍが維持刺激Ｐ３に対して知覚しなかったと検出する。これら知覚検出の際には、睡眠深度判定装置２で行った加算平均処理を行わず、検出された脳波データをそのまま使用しているため、知覚検出の応答速度が速くなっている。

維持制御部３は、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定されて維持制御を開始した後、維持刺激Ｐ３に対する対象者Ｍの知覚がなくなったと知覚検出部６によって検出された場合には、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも深くなったと判定する。維持制御部３は、対象者Ｍの睡眠深度が深くなったと判定した場合には、対象者Ｍの睡眠深度が浅くなるように対象者Ｍに付与する維持刺激Ｐ３の刺激強度を増加させて維持刺激Ｐ４とするように付与条件を調整する。付与条件の調整としては、例えば、睡眠深度が深くなる前の対象者Ｍの睡眠状態に応じてその増加量を算出し、付与条件を調整する方法がある。維持制御部３は、対象者Ｍに対し、調整後の付与条件に基づいた維持刺激Ｐ４を刺激付与部５によって付与させる。

維持制御部３は、調整後の付与条件に基づいた維持刺激Ｐ４を対象者Ｍに付与した場合にも、知覚検出部６による対象者Ｍの知覚の有無の検出を継続させる。維持制御部３は、調整後の付与条件に基づいた維持刺激Ｐ４に対して対象者Ｍが知覚したと検出された場合には、維持刺激Ｐ４の刺激強度を低下させて維持刺激Ｐ３とし、付与条件を調整前の付与条件に戻す処理を行う。一方、維持制御部３は、調整後の付与条件に基づいた維持刺激Ｐ４に対して対象者Ｍが知覚しなかったと検出された場合には、維持刺激Ｐ４の刺激強度をさらに増加させるように付与条件を再調整し、対象者Ｍが知覚するまで刺激量の増加処理を繰り返す。

維持制御部３は、予め定められた仮眠時間が経過するまで上述したような維持制御を行う。維持制御部３は、仮眠時間が経過したら、対象者Ｍを一気に覚醒させる強力な覚醒刺激を付与して、対象者Ｍを仮眠状態から覚醒させ、処理を終了する。

次に、上述した睡眠深度維持装置１の動作について、図５及び図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。以下に示す一連の制御処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、刺激付与部５によって、第１の刺激Ｐ１が所定間隔で複数回連続して対象者Ｍに付与される（Ｓ１１）。ステップＳ１１で第１の刺激Ｐ１が対象者Ｍに連続して付与されると、知覚検出部６は、対象者Ｍの各脳波Ｗを検出し（Ｓ１２）、複数の脳波データを加算平均して、加算平均脳波データを算出する（Ｓ１３）。知覚検出部６は、算出した加算平均脳波データにおける振幅Ｈを所定の閾値と比較して、振幅Ｈが所定の閾値以上であれば「知覚あり」と、振幅Ｈが所定の閾値より小さければ「知覚なし」と検出し、第１の刺激Ｐ１に対する知覚の有無を示す知覚情報として睡眠深度判定部７に出力する（Ｓ１４）。

続いて、刺激付与部５によって、第１の刺激Ｐ１よりも強い第２の刺激Ｐ２が所定間隔で複数回連続して対象者Ｍに付与されると（Ｓ１５）、第１の刺激Ｐ１を付与した場合と同様に、知覚検出部６は、対象者Ｍの各脳波Ｗの検出、加算平均脳波データの算出、及び第２の刺激Ｐ２に対する知覚の有無を示す知覚情報の出力を行う（Ｓ１５〜Ｓ１８）。

刺激付与部５から第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の付与に対する知覚情報が入力されると、睡眠深度判定部７は、対象者Ｍの睡眠深度が、第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の刺激強度間の感覚閾値に対応する睡眠深度Ｓ２であるか否かを入力された知覚情報に基づいて判定する（Ｓ１９）。睡眠深度Ｓ２であるか否かの判定では、対象者Ｍが第１の刺激Ｐ１を知覚せず且つ第２の刺激Ｐ２を知覚したことが検出されたものであることを知覚情報が示した場合に、睡眠深度判定部７は、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定する。

ステップＳ１９で対象者の睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、予め定められた仮眠時間の間、睡眠深度Ｓ２の維持制御が行われる（Ｓ２０）。

一方、ステップＳ１９で対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２であると判定されなかった場合には、ステップＳ２１に進み、第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の付与に対する知覚情報から対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも浅いか否かを睡眠深度判定部７が判定する。維持制御部３は、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも浅いと判定された場合には、対象者Ｍに誘眠刺激を付与して対象者Ｍの睡眠深度を深くし（Ｓ２２）、対象者Ｍの睡眠深度が睡眠深度Ｓ２よりも深い場合には、対象者Ｍに覚醒刺激を付与して対象者Ｍの睡眠深度を浅くする（Ｓ２３）。その後、ステップＳ１１に戻り、所定の処理を繰り返し実行する。

次に、睡眠深度の維持制御について、図６を参照して、詳細に説明する。以下に示す維持制御は、所定の周期で繰り返し実行される。

睡眠深度Ｓ２の維持制御が開始されると、まず、維持制御部３は、維持刺激の付与条件に基づき、刺激付与部５によって、対象者Ｍに維持刺激Ｐ３を付与させる（Ｓ３０）。この付与条件では、ステップＳ３０で付与される維持刺激Ｐ３が睡眠深度Ｓ２における感覚閾値に基づいた維持刺激となっている。ステップＳ３０で維持刺激Ｐ３が付与されると、維持制御部３は、維持刺激Ｐ３に対する対象者Ｍの脳波Ｗの脳波データを知覚検出部６に加算平均処理を行わずに算出させ、その振幅Ｈ１が所定の閾値以上であるか否かを検出させる（Ｓ３１）。

維持制御部３は、ステップＳ３１の検出において、脳波データの振幅Ｈ１が所定の閾値以上であれば、予め定められた仮眠時間が経過するまで、刺激付与部５による維持刺激の付与を継続させる（Ｓ３０〜Ｓ３２）。一方、維持制御部３は、脳波データの振幅Ｈ１が所定の閾値よりも小さければ、ステップＳ３３に進み、維持刺激の刺激強度を増加させるように付与条件を調整する。

維持制御部３は、ステップＳ３３で維持刺激の刺激強度を増加させるように付与条件を調整した後（Ｓ３３）、調整後の付与条件に基づき、刺激強度が増加された維持刺激Ｐ４を刺激付与部５によって対象者Ｍに付与させる（Ｓ３４）。ステップＳ３４で刺激強度が増加された維持刺激Ｐ４が付与されると、維持制御部３は、ステップＳ３１と同様に、この維持刺激Ｐ４に対する対象者Ｍの脳波データを知覚検出部６に算出させ、その振幅Ｈ１が所定の閾値以上であるか否かを検出させる（Ｓ３５）。

維持制御部３は、ステップＳ３５の検出において、脳波データの振幅Ｈ１が所定の閾値以上であれば、ステップＳ１に戻り、予め定められた仮眠時間が経過するまで、刺激付与部５による維持刺激Ｐ３の付与を継続させる（Ｓ３０〜Ｓ３２）。一方、維持制御部３は、脳波データの振幅Ｈ１が所定の閾値よりも小さければ、ステップＳ３３に戻り、維持刺激の刺激強度を再度、増加させて、脳波データの振幅Ｈ１が所定の閾値以上を示すまで、同様の処理を繰り返す。維持制御部３は、上述した維持制御を繰り返し、仮眠時間が経過したら、対象者Ｍを一気に覚醒させる強力な覚醒刺激を付与して（Ｓ３６）、対象者Ｍを仮眠状態から覚醒させ、処理を終了する。

このように、本実施形態に係る睡眠深度判定装置２では、第１の刺激Ｐ１の付与に対して対象者Ｍが知覚せず、且つ、第１の刺激Ｐ１よりも強い第２の刺激Ｐ２の付与に対して対象者Ｍが知覚したと検出された場合に、睡眠状態にある対象者Ｍが知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値が第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の２つの刺激強度Ｔ２ａ，Ｔ２ｂの間にあるとされ、これにより、対象者Ｍの睡眠深度が、２つの刺激強度Ｔ２ａ，Ｔ２ｂの間にあるとされた感覚閾値Ｔ２に対応する睡眠深度Ｓ２であると判定されるようになっている。このため、第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２といった２つの刺激付与とそれに対する対象者の知覚の有無を検出するといった簡易な処理で対象者Ｍの睡眠深度を判定することが可能となる。また、対象者Ｍの実際の知覚の有無を検出しているため、対象者Ｍごとに感覚閾値が多少異なる場合や同一の対象者Ｍの感覚閾値が外部環境等によって多少変化する場合であっても、第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の刺激強度を微増減させることで、これら変化を吸収し、対象者Ｍの睡眠深度を精度よく判定することができる。

睡眠深度ＤＢ４には、睡眠深度と当該睡眠深度に対応する感覚閾値とが予め段階的に設定されており、刺激付与部５は、所定レベルの睡眠深度（例えば睡眠深度Ｓ２）に対応するように予め設定された所定の感覚閾値よりも弱い刺激強度の刺激を第１の刺激Ｐ１として対象者に付与すると共に、所定の感覚閾値よりも強い刺激強度の刺激を第２の刺激Ｐ２として対象者に付与している。本実施形態に係る睡眠深度判定装置２では、予め設定された感覚閾値とそれに対応する睡眠深度とを利用するため、睡眠深度の判定における応答速度を向上させることができる。また、対象者Ｍに対する第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２の付与回数を少なくできるので、刺激付与が対象者Ｍの睡眠深度に与える影響を軽減することが可能となる。

本実施形態に係る睡眠深度維持装置１では、上述した睡眠深度判定装置２で精度よく睡眠深度を判定した後、睡眠深度を中間レベルである睡眠深度Ｓ２に維持するため対象者Ｍに付与する維持刺激Ｐ３の付与条件を睡眠深度Ｓ２における感覚閾値に基づいて決定している。このため、対象者Ｍの睡眠深度を睡眠深度Ｓ２に精度よく維持することができる。しかも、睡眠深度判定装置２において、睡眠深度と当該睡眠深度に対応する感覚閾値とが予め段階的に設定されていることから、上述したように睡眠深度が応答性よく判定されるため、対象者Ｍの睡眠深度の維持も応答性よく行うことができる。また、このように段階的に設定されていることから、上述したように対象者Ｍに対する刺激付与回数が少なくなるため、刺激付与による対象者Ｍの睡眠深度の変化（例えば覚醒等）を低減し、対象者Ｍの睡眠深度の維持をより容易に行うことが可能となる。

維持制御部３は、対象者Ｍに維持刺激を付与した場合に対象者Ｍが知覚したか否かを知覚検出部６によって検出させ、対象者Ｍが維持刺激Ｐ３を知覚しなかったと検出された場合に、維持刺激Ｐ３の刺激強度を増加させるように付与条件を調整している。このため、対象者Ｍの睡眠深度を簡易な処理で睡眠深度Ｓ２に継続的に維持することができる。

上述した実施形態は、本発明に係る睡眠深度判定装置２や睡眠深度維持装置１の一例を示すものである。本発明に係る睡眠深度判定装置２や睡眠深度維持装置１は、このようなものに限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しないものであれば、実施形態に係る各装置を変形し、又は車両以外のものに適用したものであってもよい。例えば、上記実施形態では、知覚検出部６で脳波Ｗに基づいて対象者Ｍの知覚の有無を判定しているが、皮膚電位水準や心拍変動を検出し、これらに基づいて対象者Ｍの知覚の有無を判定するようにしてもよい。皮膚電位水準や心拍変動などに基づく判定の場合、加算平均処理を行わなくても、精度よく睡眠深度が判定できる。

また、上記実施形態では、睡眠の深度を示すレベルとして睡眠深度という用語を用いたが、国際的な指標である睡眠段階という用語を用いて睡眠の深度を表わすようにしてもよい。

また、上記実施形態では、刺激付与部５が付与する第１及び第２の刺激Ｐ１，Ｐ２として、維持したい睡眠深度である睡眠深度Ｓ２に対応する感覚閾値Ｔ２に応じた刺激強度の刺激を用いているが、対象者Ｍが睡眠深度Ｓ１でも知覚できないような小さな刺激強度の刺激を第１及び第２の刺激として対象者Ｍに付与し、その後、徐々に付与する第１及び第２の刺激の刺激強度を強めるようにしてもよい。この場合でも、付与した第１及び第２の刺激に対する知覚の有無を段階的な感覚閾値に基づいて何度か判定することで、対象者Ｍの睡眠深度を判定することが可能となる。

また、上記実施形態では、対象者Ｍの睡眠深度が浅くなるように対象者Ｍに付与する維持刺激Ｐ３の刺激強度を増加させるように維持制御部３が付与条件を調整する際、睡眠深度が深くなる前の対象者Ｍの睡眠状態に応じてその増加量を算出しているが、例えば、知覚検出部６によって対象者Ｍが維持刺激を知覚したと検出された維持時間を算出する維持時間算出部を睡眠深度維持装置１が更に備え、維持制御部３は、図７に示されるように、維持刺激Ｐ５に対する対象者Ｍの知覚がなくて（領域Ｎで示される脳波Ｗ）、維持刺激Ｐ５の刺激強度を増加させる際、睡眠深度が深くなる前の対象者Ｍの維持時間の長さに反比例して維持刺激Ｐ５の刺激強度を所定量ΔＰ１増加させ、維持刺激Ｐ６とするように付与条件を調整してもよい。この場合、維持時間の長さに反比例して刺激強度を増加させているため、維持刺激Ｐ５から維持刺激Ｐ６への刺激強度の増加量ΔＰ１は、維持時間がなかった場合である維持刺激Ｐ７から維持刺激Ｐ５への刺激強度の増加量ΔＰ２に比べて少なくなっている。なお、反比例する維持時間と強度増加量との関係としては、例えば、図８（ａ）に示されるように、維持時間に応じて二次関数的に増加量が小さくなるようにしてもよいし、図８（ｂ）に示されるように、維持時間に応じて一時関数的に増加量が小さくなるようにしてもよい。

また、対象者Ｍに付与された維持刺激の刺激付与回数のうち、知覚検出部６によって対象者Ｍが維持刺激を知覚したと検出された検出回数（脳波出現回数）の比率である維持比率を算出する維持比率算出部を睡眠深度維持装置１が更に備え、維持制御部３は、図９に示されるように、維持刺激Ｐ５の刺激強度を増加させる際、維持比率の大きさに反比例して維持刺激Ｐ５の刺激強度を所定量ΔＰ３増加させ、維持刺激Ｐ８とするように付与条件を調整してもよい。なお、反比例する維持時間と強度増加量との関係としては、例えば、図１０（ａ）に示されるように、シグモイド関数的に増加量が小さくなるようにしてもよいし、図１０（ｂ）に示されるように、維持時間に応じて一次関数的に増加量が小さくなるようにしてもよい。このように、維持時間や維持比率に反比例して維持刺激の刺激強度を増加させることにより、対象者Ｍの睡眠深度が中間レベルである睡眠深度Ｓ２より若干深くなったような場合に過度に増加させた刺激強度の刺激を付与して対象者Ｍを完全に覚醒させてしまったりすることを防ぐことができる。これにより、対象者Ｍの睡眠深度を睡眠深度Ｓ２等に継続的に維持することが更に可能となる。なお、付与条件を調整する際、刺激間隔や刺激時間や刺激提示のＤｕｔｙ比などの刺激強度以外の要素を変更して、付与条件を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、睡眠深度維持装置１を車両に適用させた実施形態について説明したが、本発明に係る睡眠深度維持装置１を車両以外のベッドや安楽イスなどに適用させて、通常の仕事におけるリフレッシュ用途に用いたり、警察や消防といった長時間の仮眠がとれない仕事における仮眠用途に用いたりしてもよい。

１…睡眠深度維持装置、２…睡眠深度判定装置、３…維持制御部、４…睡眠深度ＤＢ、５…刺激付与部、６…知覚検出部、７…睡眠深度判定部、Ｈ，Ｈ１…振幅、Ｍ…対象者、Ｐ１…第１の刺激、Ｐ２…第２の刺激、Ｐ３〜Ｐ８…維持刺激、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…睡眠深度、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…感覚閾値、Ｔ２ａ…第１の刺激強度、Ｔ２ｂ…第２の刺激強度、Ｗ…脳波。

Claims (7)

1. 所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値を利用して、前記対象者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定装置であって、
   第１の刺激強度を有する第１の刺激と、前記第１の刺激強度よりも強い第２の刺激強度を有する第２の刺激とを前記対象者に付与する刺激付与手段と、
   前記対象者が前記第１の刺激及び前記第２の刺激を知覚したか否かを検出する知覚検出手段と、
   前記知覚検出手段によって、前記対象者が前記第１の刺激を知覚せず且つ前記第２の刺激を知覚したことが検出された場合に、前記対象者の睡眠深度が、前記第１の刺激強度と前記第２の刺激強度との間の感覚閾値に対応する睡眠深度であると判定する睡眠深度判定手段と、
   を備えたことを特徴とする睡眠深度判定装置。
2. 睡眠深度と当該睡眠深度に対応する感覚閾値とが予め段階的に設定されており、
   前記刺激付与手段は、所定レベルの睡眠深度に対応するように予め設定された所定の感覚閾値よりも弱い刺激強度の刺激を前記第１の刺激として前記対象者に付与すると共に、前記所定の感覚閾値よりも強い刺激強度の刺激を前記第２の刺激として前記対象者に付与することを特徴とする請求項１に記載の睡眠深度判定装置。
3. 請求項１又は２に記載の睡眠深度判定装置を備え、前記対象者の睡眠深度を最大レベルよりも浅い中間レベルに維持するための睡眠深度維持装置であって、
   前記睡眠深度判定手段によって前記対象者の睡眠深度が前記中間レベルの睡眠深度と判定された後、前記対象者の睡眠深度が前記中間レベルに維持されるように前記対象者に付与する維持刺激の付与条件を前記中間レベルの睡眠深度における感覚閾値に基づいて決定し、且つ、当該付与条件に基づいて前記刺激付与手段によって前記対象者に前記維持刺激を付与させる維持制御手段を備えることを特徴とする睡眠深度維持装置。
4. 前記維持制御手段は、前記対象者に前記維持刺激を付与した場合に前記対象者が知覚したか否かを前記知覚検出手段によって検出させ、前記対象者が前記維持刺激を知覚しなかったと検出された場合に、前記維持刺激の刺激強度を増加させるように前記付与条件を調整することを特徴とする請求項３に記載の睡眠深度維持装置。
5. 前記知覚検出手段によって前記対象者が前記維持刺激を知覚したと検出された維持時間を算出する維持時間算出手段を備え、
   前記維持制御手段は、前記維持刺激の刺激強度を増加させる際、前記維持時間の長さに反比例して前記維持刺激の刺激強度を増加させるように前記付与条件を調整することを特徴とする請求項４に記載の睡眠深度維持装置。
6. 前記対象者に付与された前記維持刺激の付与回数のうち、前記知覚検出手段によって前記対象者が前記維持刺激を知覚したと検出された検出回数の比率である維持比率を算出する維持比率算出手段を備え、
   前記維持制御手段は、前記維持刺激の刺激強度を増加させる際、前記維持比率の大きさに反比例して前記維持刺激の刺激強度を増加させるように前記付与条件を調整することを特徴とする請求項４に記載の睡眠深度維持装置。
7. 所定の睡眠深度で睡眠状態にある対象者が知覚し得る最小の刺激強度である感覚閾値を利用して、前記対象者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定方法であって、
   刺激付与手段が、第１の刺激強度を有する第１の刺激と、前記第１の刺激強度よりも強い第２の刺激強度を有する第２の刺激とを前記対象者に付与する刺激付与ステップと、
   知覚検出手段が、前記対象者が前記第１の刺激及び前記第２の刺激を知覚したか否かを検出する知覚検出ステップと、
   前記知覚検出ステップにおいて、前記対象者が前記第１の刺激を知覚せず且つ前記第２の刺激を知覚したことが検出された場合に、睡眠深度判定手段が、前記対象者の睡眠深度が前記第１の刺激強度と前記第２の刺激強度との間の感覚閾値に対応する睡眠深度であると判定する睡眠深度判定ステップと、
   を含むことを特徴とする睡眠深度判定方法。

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